(1)Infrarotspektroskopie (IR) Die Infrarotspektroskopie ist eine energiesensitive Methode

Infrarotspektroskopie (IR)

Die Infrarotspektroskopie ist eine energiesensitive Methode. Sie beruht auf den durch Molekülschwingungen bzw. Molekülrotationen hervorgerufenen Dipol-

momentsänderungen und den damit verbundenen diskreten Energieüberträgen und Frequenzänderungen. Sie wird zur Charakterisierung von Verbindungen benutzt.

Schwingungsspektroskopisch kann man erhalten bzw. bestimmen:

ƒ Die Identifizierung bereits bekannter Verbindungen (Fingerprint)

ƒ Die Komponenten einer unbekannten Verbindung (funktionelle Gruppen)

ƒ und damit die mögliche/voraussichtliche Struktur einer Verbindung

ƒ Konzentrationsänderungen von Komponenten während einer Reaktion

ƒ Bindungseigenschaften (Bindungsstärken, Kraftkonstanten)

Da sich Bindungen in Molekülen wie Federn verhalten, wird das Modell des

harmonischen bzw. anharmonischen Oszillators zur Beschreibung der 3N-6 bzw.

3N-5 unterschiedlichen Möglichkeiten verwendet, wie ein nicht-lineares bzw.

lineares Molekül aus N Atomen schwingen kann.

Diese Schwingungsmoden (Normalschwingungen) führen (bei Dipolmoments- änderung) zu Absorptionsbanden mit charakteristischen Energien /Frequenzen/

Wellenzahlen, Intensitäten und Halbwertsbreiten, die bestimmt und analysiert werden.

Schwingungsenergieniveaus in harmonischer Näherung

Achtung: Molekülschwingungen sind meist anharmonisch

Nullpunktsschwingung/-energie!

Schwingungsenergieniveaus in harmonischer/anharmonischer Näherung

Potentialkurve des harmonischen Oszillators (E_n: Schwingungsniveaus, E₀: Nullpunktsenergie)

Potentialkurve des anharmonischen Oszillators (E₀: Nullpunktsenergie, E_D: Dissoziationsenergie) E_VIB = hν_osc(n+ ½) - h²ν²/(4E_D)·(n + ½)² (Δn = ±1, ±2, ...) Bei anharmonischen Schwingungen wird der Abstand benachbarter Schwingungsniveaus mit zunehmendem n immer kleiner (Pfeildicken symbolisieren Übergangs- wahrscheinlichkeitenbzw. Intensitäten).

Δn = ±1

Normalschwingungen (normal modes)

Die drei Normalschwingungen

von H₂O und ihre Wellenzahlen Die vier Normalschwingungen von CO₂ (linear)

3N – 6 Moden (3N – 5, wenn linear)

m f /

~ ~ ν

Typische Wellenzahlen von Streck- und Deformations- schwingungen (stretching and bending vibrations)

“Molekül“ stretching bending C - H 2800 - 3000

N - N 3300 - 3500

H₂O 3600 - 3000 1600

C = O 1700

C = C 1600

SO₃^2- 970 (ν_s) 930 (ν_as)

620 (γ) 470 (δ)

IR - Spektrometer

Doppelstrahl, Prisma

Fourier-Transform (FT)

Probe Probe

3500 3000 2500 1300 1150 1000 850 700 ν/cm^-1 400

Sr(HPO OH)_{2 2}

RT ¹²²⁶

1235

1225

12411164 1155 1170 1168

758

779 694

685 686

2881 2439 2433

2434 2440 2899 3032

3019

2400

2432 2300

2303 3176

317529632783 3191 32143080

RT TT

TT Sr(SeO OH)_{2 2}

Transmission

ν_B(OH) ν(PH)

δ(OH)

γ(OH)

Cs₂CrCl₅·4H₂O BaSO₃

KMn(SeO₂OH)₃

Beispiele